初沉污泥球磨破解后水解酸化研究

采用球磨机对污水处理厂初沉池的污泥进行球磨破解以控制初沉污泥粒径,然后在不同条件下(污泥粒径、系统pH、污泥投配率)考察初沉污泥的水解酸化效果(以溶解性COD(SCOD)变化显示),以确定初沉污泥水解酸化的最佳条件。结果表明,初沉污泥的最佳水解酸化条件为:污泥粒径25μm、系统pH 11、污泥投配率10%、水解酸化时间5d,此时反应后系统SCOD为8 256mg/L,污泥水解转化效率为32.0%。通过球磨破解、水解酸化的方式回收初沉污泥中的碳源具有一定的可行性和较好的开发利用前景。采用球磨机作为污水处理厂初沉污泥预处理的装置,与其他方法如超声波法、热处理法等相比较,具有适应力强、操作可靠、运行简单等优点。     

超声波对污泥水解的促进作用

以超声波预处理城市污水处理厂剩余污泥,考察不同功能密度下的超声波对污泥水解释放碳源过程的影响。结果表明,污泥经超声波预处理,可缩短污泥水解时间,促进VFA释放,且声能密度越大,促进作用越显著;当声能密度为0.138 W/mL、作用时间为1 min时,污泥水解4~5 d后,释放VFA达到800 mg/L,VFA/TN由初始的1.98提升至4.15,VFA/TP由初始的24.78提升至42.35。同时,超声波不仅破坏污泥絮体结构,而且提高了微生物中蛋白酶和辅酶F420的活性,更有利于污泥水解。     

以剩余污泥水解酸化液为外加碳源的污水生物脱氮

为解决低碳氮比污水生物脱氮过程反硝化碳源不足的问题,利用剩余污泥水解酸化液为外加碳源,通过具有曝气段与非曝气段的一体化曝气生物滤池（BAF）,研究低碳氮比污水生物脱氮的性能与工艺条件。实验结果表明,预处理后的水解酸化液VFAs为3134．9～5251．4mg／L、ThODVFAs／COD为59．87％～91．85％,适合作为生物脱氮的外加碳源;水解酸化液的投配量、进水TN浓度对系统生物脱氮效果的影响较大,气水比、曝气段与非曝气段比例对系统的硝化和反硝化性能有重要的影响;在温度为25±1℃,水解酸化液COD平均为7555．1mg／L,进水TN、NH4-N和COD分别平均为43．88mg／L、39．04mg／L和56．8mg／L,碳源与污水投配的流量比为1：75的条件下,当BAF水力停留时间（HRT）为8h、曝气段与非曝气段比例为3：3、气水比为10：1、回流比为2：1时,NH4-N和TN的去除率分别超过98％和75％,出水COD平均为28．6mg／L。研究指出,剩余污泥水解酸化液经过预处理后可用作低碳氮比污水生物脱氮的外加碳源,有效地提高了反硝化效果,并不会造成二次污染,同时又可以实现剩余污泥的减量化和资源化。     

利用皂角粉促进污泥水解酸化

针对目前投加常用表面活性剂促进污泥水解酸化的方法存在二次污染与负面效应等问题,提出利用皂角粉促进污泥水解酸化的新方法,考察皂角粉投加量对促进污泥水解酸化效果的影响,分析发酵过程皂角粉与污泥混合体系VSS的变化情况。实验结果表明,投加皂角粉可有效地促进污泥水解酸化,水解酸化液中SCOD、DOC和Th ODVFAs浓度均随皂角粉投加量增大而增大,皂角粉投加量/体系中污泥VSS质量为0.20 g·g~(-1)的条件下,污泥水解酸化5 d时,三者分别达到最高值3 724.7、1 485.3和2 044.7 mg·L~(-1),分别约为不加皂角粉对照组的3倍、4倍和10倍;控制相同的初始体系VSS,改变不同体系中皂角粉占体系VSS的比例,发酵过程中不同体系的Th ODVFAs含量相近。消耗相同的体系VSS时,VFAs生成量随体系中皂角粉所占比例的增大而减小,皂角粉作为表面活性剂的作用要远高于作为代谢基质的作用。研究表明,皂角粉是一种经济的环境友好的可用于促进污泥水解酸化的天然表面活性剂。     

微气泡臭氧强化污泥碳源的释放过程

臭氧处理污泥后释放的碳物质可作为低碳市政污水生物处理的重要碳源补充。为突破传统臭氧处理效率低等问题,研究采用微气泡臭氧技术以强化污泥碳源释放效果。结果表明,在臭氧投加量为200 mg O_3·(g SS)~(-1)时,污泥SCOD增长了1 964 mg·L~(-1),为传统臭氧处理的2.1倍,DDCOD由18.1%上升至41.5%,污泥碳源释放效果显著提高。同时确定了微气泡臭氧处理在臭氧浓度为100.0 mg·L~(-1),污泥浓度为5 g·L~(-1),污泥初始p H为9的条件下,污泥碳源矿化损失较小且污泥碳源释放效果较好,在臭氧投加量为160 mg O_3·(gSS)~(-1)时污泥SCOD增长了1 923 mg·L~(-1),DDCOD达到41.2%。与传统臭氧处理相比,微气泡臭氧处理能提高臭氧传质效率与间接反应强度,更有利于污泥碳源的释放。     

碱预处理污泥产酸效果及其生物群落研究

为了提高污泥水解酸化过程中的挥发酸产量,获取污水脱氮除磷所需的内碳源,以深圳市罗芳污水厂的二沉池污泥为研究对象,采用不同的碱量对其进行预处理。通过测定碱预处理污泥水解酸化过程中的挥发酸浓度,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction denature gradient gel electrophoresis,PCR-DGGE)技术对参与碱预处理污泥水解酸化产酸过程的主要微生物种群进行分析,结果表明,当碱投加量为0.20 g NaOH/g VSS时,初始溶出的蛋白浓度为1 780 mg/L;水解酸化15 d时,挥发酸总量达到3 473 mg/L;参与产酸的主要细菌属于Firmicutes、Proteobacteria、Bacteroidetes三个门类。     

复合酶处理对活性污泥溶解的动力学机制研究

研究了酶(蛋白酶和α-淀粉酶)处理过程中污泥溶解效率及动力学特征。研究表明,酶处理可以有效地溶解污泥絮体,上清液有机物含量明显上升,经淀粉酶处理的污泥上清液中的蛋白质和多糖浓度分别增长了268%和1 100%。同时,污泥的溶解过程遵循一阶反应动力学方程,蛋白酶与α淀粉酶的酶促水解动力学反应速率常数分别为0.146和0.306。复合酶(蛋白酶和α-淀粉酶)投加方式对污泥酶促水解效能有着重要的影响。淀粉酶先于蛋白酶投加的水解效率明显高于其他2种投加方式(蛋白酶先于淀粉酶投加和同时投加)。该研究成果为复合酶在污泥处理过程中的应用提供了理论依据。     

工业化规模超声波预处理对不同固体浓度污泥厌氧消化性能的影响

针对活性污泥厌氧消化水解速率慢的问题,通过工业化规模超声波反应器对不同固体浓度污泥开展了破解研究。采用粒径分析及溶解性COD、蛋白质和多糖浓度监测的方法研究了超声波破解前后污泥物理化学特性的变化;评估了超声波破解对污泥厌氧消化产甲烷潜力及有机物降解规律的影响。结果表明:工业化规模超声波破解不同固体浓度污泥后,污泥粒径均有所降低,而溶解性COD、蛋白质和多糖的浓度均有增加;超声波对污泥的破解程度与破解时间和固体浓度有关,其随破解时间增加而增加,随污泥固体浓度增加而减弱;超声波破解固体浓度2%和4%的污泥30 min后,累积甲烷产率分别提升41.2%和30.2%,当破解时间和固体浓度进一步增加时,污泥甲烷产率无明显变化。本研究结果可为超声波破解污泥技术的工业化应用提供参考。     

臭氧预处理促进剩余污泥的水解酸化

以某城市污水处理厂剩余污泥为研究对象,探讨臭氧预处理对剩余污泥破解效果以及对后续水解酸化有机物释放的影响。实验结果表明,随着臭氧投加量的增大,污泥溶胞率增加,有机质释放到污泥液相中,SCOD、蛋白质和多糖含量都大幅增加。臭氧预处理有利于污泥水解酸化过程,臭氧投加量越大,SCOD和蛋白质释放越多;随着水解酸化过程的进行,SCOD和蛋白质的含量逐渐趋于稳定,VFAs的浓度增大,臭氧投加量150 mg/g SS污泥产生的VFAs浓度是对照组的1.82倍。     

不同类型污泥中非溶解性有机物水解产酸特性研究

分别以化学生物絮凝污泥(以下简称絮凝污泥)、初沉污泥和剩余污泥3种污泥为基质,对比研究了不同类型污泥中的非溶解性有机物的水解产酸特性,并进一步考察了水解酸化产物挥发性脂肪酸(VFAs)的产量和组成。结果表明,与初沉污泥和剩余污泥相比,絮凝污泥的水解酸化性能最优,稳定运行期间,絮凝污泥单位质量挥发性悬浮固体(VSS)的VFAs产量为(410.3±26.8)mg/g,分别为初沉污泥和剩余污泥的1.2、1.9倍。此外,絮凝污泥水解酸化产生的VFAs结构最优,乙酸占VFAs的比例高达64.3%(质量分数),絮凝污泥水解产酸发酵液中C/N、C/P均远高于典型城镇污水处理厂生化处理系统进水需求,可以作为后续生物脱氮除磷过程的优质补充碳源。     

低污泥产量印染废水处理工艺与运行条件

采用UASB反应器+三段好氧+混凝沉淀组合工艺处理印染工业园废水,对污泥减量化进行探索。结果表明,工程运行中,通过控制运行参数、以及运用UASB水解酸化反应器及生物捕食技术,在出水稳定在《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准时,该系统处理每吨污水污泥产量为1 046 g。     

接种比对碱超声波耦合溶胞污泥水解酸化的影响

以城市污水生物处理过程中的剩余污泥减量化为研究背景,通过实验研究了经碱超声波耦合溶胞后的剩余污泥在不同接种比下水解酸化的效果,分析了污泥上清液中pH、SCOD、VFAs、NH4+-N和PO34--P等参数随时间的变化趋势。结果表明,溶胞污泥经过72 h的水解酸化反应,20%接种比下的水解酸化COD溶出率和VFAs增长率最高,分别为75.5%和177%。蛋白质水解程度为16.9%,也高于50%和70%两组接种比。此外,COD、NH4+-N和PO34--P等主要溶出物均在12 h后达到基本稳定状态。     

Influence of ultrasonication on anaerobic bioconversion of sludge.

The influence of ultrasonication on hydrolysis, acidogenesis, and methanogenesis in anaerobic decomposition of sludge was investigated. The sonicated sludge exhibited prehydrolysis and preacidogenesis effects in the anaerobic decomposition process. First-order hydrolysis rates increased from 0.0384 day(-1) in the control digester to 0.0672 day(-1) in the digester fed, with sludge sonicated at 0.52 W/mL. The sonication appeared to be ineffective in relation to acidogenesis reaction rates, but it provided a better buffering capacity to diminish the adverse effect of acidification. Digesters fed with sonicated sludge demonstrated enhanced methanogenesis over the control unit. Determination by coenzyme F420 verified that sonication is able to promote the growth of methanogenic biomass and facilitate a positive methanogenic microbial development in suppressing the initial methanogenesis limitation. The results suggest that ultrasonication could enhance anaerobic decomposition of sludge, resulting in an accelerated bioconversion, improved organics degradation, improved biogas production, and increased methane content.     

剩余污泥超声预处理后水解酸化特性

为探讨剩余污泥超声预处理后的水解酸化特性,考察了0.6 W/mL、5 min和1 W/mL、5 min 2种超声预处理条件下污泥水解酸化过程有机质、氮、磷的释放情况。实验结果表明,2种超声预处理均可促进污泥水解酸化,并且0.6 W/mL比1 W/mL的超声预处理更有利于SCOD的释放、VFAs的产生以及氮和磷的释放;水解酸化初期,超声预处理比未经超声预处理的污泥在有机质、氮、磷释放率上差异非常明显,随着水解酸化的进行,有机质和氮释放率差异仍很明显,而磷释放程度逐渐接近;经0.6 W/mL超声预处理,污泥水解酸化3 d后,SCOD释放率、VFAs浓度、TN释放率和NH4+-N释放率分别是未经处理污泥的1.85、2.63、1.85和1.41倍,而TP和PO43--P释放率较未经处理污泥仅分别多2.44和1.23个百分点。研究表明,控制适宜的声能密度、超声时间和水解酸化进程是超声预处理强化剩余污泥水解酸化效果的关键。     

Enhanced excess sludge hydrolysis and acidification in an activated sludge side-stream reactor process with single-stage sludge alkaline treatment: a pilot scale study

A pilot-scale side-stream reactor process with single-stage sludge alkaline treatment was employed to systematically investigate characteristics of excess sludge hydrolysis and acidification with alkaline treatment and evaluate feasibility of recovering a carbon source (C-source) from excess sludge to enhance nutrient removal at ambient temperature. The resulting C-source and volatile fatty acid specific yields reached 349.19 mg chemical oxygen demand (COD)/g volatile suspended solids (VSS) d⁻¹ and 121.3 mg COD/g VSS d⁻¹, respectively, the process had excellent C-source recovery potential. The propionic-to-acetic acid ratio of the recovered C-source was 3.0 times that in the influent, which beneficially enhanced biological phosphorus removal. Large populations and varieties of hydrolytic acid producing bacteria cooperated with alkaline treatment to accelerate sludge hydrolysis and acidification. Physicochemical characteristics indicated that recovered C-source was derived primarily from extracellular polymeric substances hydrolysis rather than from cells disruption during alkaline treatment. This study showed that excess sludge as carbon source was successfully recycled by alkaline treatment in the process.

     

剩余污泥水解酸化液磷去除的影响因素研究

城市污水厂剩余污泥水解酸化后可产生高浓度挥发性有机酸(VFAs),其中的乙酸和丙酸是增强生物除磷(EBPR)工艺的有利基质.但水解酸化液中含有大量的磷,如不进行处理就作为碳源回用到污水处理工艺中,势必增加除磷负荷.利用鸟粪石沉淀法可以去除污水中的磷.对城市污水厂剩余污泥水解酸化液形成鸟粪石的影响因素进行了试验研究.结果表明,在最佳工艺条件下,正磷和总磷的去除率分别可达92.5%和83.8%.     

酸-碱处理对剩余污泥水解酸化的影响

剩余污泥中富含有机质和营养元素可回收利用物质,污泥水解酸化液中的有机酸在去除或回收利用氨和磷后可作为进水化学需氧量(COD)不足的污水处理厂的补充碳源。通过控制pH,对比分析了不同处理方式(单独碱处理、酸-碱处理和碱-酸处理)对污泥水解酸化的影响。结果表明,单独碱处理的溶解性化学需氧量(SCOD)溶出量比酸碱联合处理要大16%左右,预处理第8天,达到5 406.1 mg/L。采用先酸(pH 4.0,4 d)后碱(pH 10.0,4 d)预处理,乙酸产量达到74.4 mg COD/g VSS,占总SCFAs的60.5%,产量及其占总短链脂肪酸(SCFAs)百分比含量均高于其他预处理方式。且酸-碱处理方式下NO4+-N和PO34--P溶出要优于其他处理方式。而单独碱处理方式下污泥减量效果最好,VSS去除率为36.6%。     

Microbial acidification and pH effects on trace element release from sewage sludge

Leaching of sludge-borne trace elements has been observed in experimental and field studies. The role of microbial processes in the mobilization of trace elements from wastewater sludge is poorly defined. Our objectives were to determine trace element mobilization from sludge subjected to treatments representing microbial acidification, direct chemical acidification and no acidification, and to determine the readsorption potential of mobilized elements using calcareous sand. Triplicate columns (10-cm diameter) for incubation and leaching of sludge had a top layer of digested dewatered sludge (either untreated, acidified with H2SO4, or limed with CaCO3; all mixed with glass beads to prevent ponding) and a lower glass bead support bed. Glass beads in the sludge layer, support layer or both were replaced by calcareous sand in four treatments used for testing the readsorption potential of mobilized elements. Eight sequential 8-day incubation and leaching cycles were operated, each consisting of 7.6 d of incubation at 28 degrees C followed by 8 h of leaching with synthetic acid rain applied at 0.25 cm/h. Leachates were analyzed for trace elements, nitrate and pH, and sludge layer microbial respiration was measured. The largest trace element, nitrate and S losses occurred in treatments with the greatest pH depression and greatest microbial respiration rates. Cumulative leaching losses from both microbial acidification and direct acidification treatments were > 90% of Zn and 64-80% of Cu and Ni. Preventing acidification with sludge layer lime or sand restricted leaching for all trace elements except Mo. Results suggested that the primary microbial role in the rapid leaching of trace elements was acidification, with results from direct acidification being nearly identical to microbial acidification. Microbial activity in the presence of materials that prevented acidification mobilized far lower concentrations of trace elements, with the exception of Mo. Trace elements mobilized by acidification were readsorbed by calcareous sand when present.